JP2019158995A - Resonance signal generation device, electronic musical instrument, and resonance signal generation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子回路を用いて、アコースティック楽器の共鳴音を模擬した波形信号(以下、共鳴信号と呼称する)を生成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for generating a waveform signal simulating a resonance sound of an acoustic instrument (hereinafter referred to as a resonance signal) using an electronic circuit.
アコースティック楽器の音色の特徴の一つとして共鳴音が挙げられる。一例としてアコースティックピアノの場合、弦にダンパが接触していない状態(具体例として、鍵が押下されている状態、あるいは、ダンパペダルが踏まれている状態)において打鍵すると、弦間共鳴と呼ばれる現象に基づく共鳴音が発生する。弦間共鳴とは、楽器のボディや空気中を伝播した弦の振動が他の弦を共鳴させる現象である。したがって、電子楽器において共鳴音を上手く再現できれば、電子楽器の音質の向上を期待できる。 One of the characteristics of the timbre of acoustic instruments is resonance. For example, in the case of an acoustic piano, when a key is pressed in a state where the damper is not in contact with the string (specifically, the key is pressed or the damper pedal is stepped on), this is based on a phenomenon called inter-string resonance. Resonance sound is generated. Interstring resonance is a phenomenon in which vibration of a string propagated in the body of an instrument or in the air causes other strings to resonate. Therefore, if the resonance sound can be reproduced well in the electronic musical instrument, improvement in the sound quality of the electronic musical instrument can be expected.
この点、電子楽器において共鳴音を再現する技術として、共鳴音を予めサンプリングして得られた波形信号(以下、サンプリング共鳴信号と呼称する)を、基本楽音信号に重ね合わせる技術がある(例えば特許文献1を参照)。 In this regard, as a technique for reproducing a resonance sound in an electronic musical instrument, there is a technique for superimposing a waveform signal obtained by sampling a resonance sound in advance (hereinafter referred to as a sampling resonance signal) on a basic musical sound signal (for example, a patent). Reference 1).
しかし、この技術によると、(1)サンプリング共鳴信号の波形データをメモリに予め記憶しておく必要がある、(2)共鳴音を表現するためにサンプリング共鳴信号を再生する必要があるから、同時に再生可能な波形信号の総数(この総数は予め定められている)のうち一つ以上を消費する、(3)演奏内容に関係なく同じサンプリング共鳴信号を再生するから、豊かな音楽表現を実現し難い、という実情がある。 However, according to this technique, (1) it is necessary to store waveform data of the sampling resonance signal in the memory in advance, and (2) it is necessary to reproduce the sampling resonance signal in order to express the resonance sound. It consumes one or more of the total number of reproducible waveform signals (this total is determined in advance). (3) Since the same sampling resonance signal is reproduced regardless of the performance content, a rich musical expression is realized. There is a fact that it is difficult.
本発明は、より高い品質の共鳴信号を生成する技術を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a technique for generating a higher quality resonance signal.
本発明の共鳴信号生成技術は、電子回路を用いて、アコースティック楽器の共鳴音を模擬した波形信号(共鳴信号)を生成する共鳴信号生成技術であり、重み付けパラメータによるフィルタの線形結合で表されるフィルタシステムに音信号を入力して、共鳴信号が生成される。このフィルタシステムは、共鳴音の自己回帰モデルにおける極を持つ正規直交基底関数モデルで表される。 The resonance signal generation technique of the present invention is a resonance signal generation technique for generating a waveform signal (resonance signal) that simulates the resonance sound of an acoustic instrument using an electronic circuit, and is represented by a linear combination of filters based on weighting parameters. A sound signal is input to the filter system to generate a resonance signal. This filter system is represented by an orthonormal basis function model having poles in an autoregressive model of resonance sound.
本発明によれば、フィルタ処理によって、より高い品質の共鳴信号を生成できる。 According to the present invention, a resonance signal with higher quality can be generated by filtering.
本発明の要点は、フィルタ処理によって共鳴信号を生成することにある。このため、サンプリング共鳴信号(波形データ)を予めメモリに記憶しておく必要がない。また、サンプリング共鳴信号を再生しないので、同時再生のための限りあるリソースを消費しない。さらに、音信号に応じて共鳴信号を生成するから演奏内容に応じて豊かな音楽表現を実現し得る。 The main point of the present invention is to generate a resonance signal by filtering. For this reason, it is not necessary to previously store the sampling resonance signal (waveform data) in the memory. Further, since the sampling resonance signal is not reproduced, limited resources for simultaneous reproduction are not consumed. Further, since a resonance signal is generated according to the sound signal, rich music expression can be realized according to the performance content.
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、電子ピアノを例に採る。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an electronic piano is taken as an example.
まず、共鳴音をもたらす共鳴現象を図1に示すディジタルフィルタモデルで近似できると仮定する。このとき、z変換によるz領域において、共鳴音が付加された音Y(z)は、打鍵音X(z)と、伝達関数H(z)で表される、共鳴現象を表現するフィルタシステムと、によって、式(1)で表される。したがって、伝達関数H(z)を推定できれば、アコースティック楽器の共鳴音を模擬した波形信号(共鳴信号)を生成することができることになる。なお、本明細書における「共鳴信号」は、音信号(電子楽器に搭載されているピアノ音色の幹音あるいは派生音のディジタル信号)がz領域においてX(z)であるときのH(z)X(z)を逆z変換して得られる時間領域信号である。
伝達関数H(z)を持つフィルタシステムを実現するために、有限インパルス応答フィルタ(FIRフィルタ)のようなフィルタを用いると、ハードウェアコストが大きくなる。したがって、低い次数で近似能力の高い無限インパルス応答フィルタ(IIRフィルタ)が有効である。しかし、IIRフィルタは設計次第で不安定なフィルタになりやすい。このため、安定したフィルタとなる範囲に予め指定した極を持つディジタルフィルタを用いるのが良い。また、フィルタシステムのモデルとして正規直交基底関数モデルを用いることでフィルタシステムを構成するフィルタのインパルス応答が正規直交になるからフィルタシステムのパラメータ推定が容易になる。正規直交基底関数モデルの具体例はreal Kautzモデルである。正規直交基底関数モデル、特にreal Kautzモデルについては参考文献1を参照されたい。
(参考文献1)G. Vairetti, E. De Sena, M. Catrysse, S. H. Jensen, M. Moonen, and T. van Waterschoot, “A Scalable Algorithm for Physically Motivated and Sparse Approximation of Room Impulse Responses with Orthonormal Basis Functions,” IEEE/ACM Trans. Audio, Speech, Lang. Process., vol. 25, no. 7, pp. 1547-1561, 2017.
If a filter such as a finite impulse response filter (FIR filter) is used to realize a filter system having a transfer function H (z), the hardware cost increases. Therefore, an infinite impulse response filter (IIR filter) having a low order and a high approximation capability is effective. However, IIR filters tend to be unstable depending on the design. For this reason, it is preferable to use a digital filter having a pole designated in advance in a range where a stable filter is formed. In addition, by using an orthonormal basis function model as a filter system model, the impulse response of the filters constituting the filter system becomes orthonormal, which facilitates parameter estimation of the filter system. A specific example of the orthonormal basis function model is the real Kautz model. See
(Reference 1) G. Vairetti, E. De Sena, M. Catrysse, SH Jensen, M. Moonen, and T. van Waterschoot, “A Scalable Algorithm for Physically Motivated and Sparse Approximation of Room Impulse Responses with Orthonormal Basis Functions, ”IEEE / ACM Trans. Audio, Speech, Lang. Process., Vol. 25, no. 7, pp. 1547-1561, 2017.
real Kautzモデルは、予め定めた極について互いに正規直交な伝達関数を作成し、それらを線形結合することによって所望のインパルス応答を近似するモデルである。正規直交なインパルス応答を与える伝達関数の設計について説明する。複素数p1を極として持つ、正規化された1次IIRフィルタの伝達関数Ψ1は式(2)で与えられる。z-1は1サンプル遅延を表わす。
次に、伝達関数Ψ1と正規直交な、{p1, p2}を極として持つ正規化された2次フィルタの伝達関数Ψ2は式(3)で与えられる。記号*は複素共役を表わす(ただし、後記の式(9)で使用される場合を除く)。Ψ2は1/p1 *を零点として持ち、Ψ1のインパルス応答とΨ2のインパルス応答は互いに直交する。
同様にして、伝達関数Ψ1,Ψ2,…,Ψi-1と正規直交な、極P={pk}k=1 i={p1, p2, …, pi}を持つ正規化されたi次フィルタの伝達関数Ψiは式(4)で与えられる。Ψ1のインパルス応答、Ψ2のインパルス応答、…、Ψiのインパルス応答は互いに直交する。
Ψ1,Ψ2,…,Ψiは複素係数伝達関数であり、実数システムの推定に不適である。ここでP={pk}k=1 i={p1, p2, …, pi}の複素共役P*={pk *}k=1 i={p1 *, p2 *, …, pi *}を同時に考慮すると、式(5)(6)が得られる。Ψi ’(z,P)とΨi ”(z,P)のそれぞれは、実係数伝達関数である。伝達関数Ψi ’(z,P)と伝達関数Ψi ”(z,P)によって得られるインパルス応答ψi ’(n), ψi ”(n)は互いに正規直交する。
伝達関数{Ψk ’(z,P), Ψk ”(z,P)}k=1 iによって得られるインパルス応答{ψk ’(n), ψk ”(n)}k=1 iについて、各インパルス応答に対する重み付けパラメータを{θk ’, θk ”}k=1 iとすると、real Kautzモデルに基づくフィルタシステムのインパルス応答h(n,P,θ)は式(7)で与えられる。このようなreal Kautzモデルを図2に示す。
図2においてδ(n)は入力のインパルス(離散時間信号)である。nは離散時間信号のインデックスを表わす。図2では明示していないが、z領域への入力(インパルスδ(n))に対してz変換が実行され(Z[δ(n)]=1)、z領域からの出力({Ψk ’(z,P), Ψk ”(z,P)}k=1 i)に対して逆z変換が実行される(Z-1[Ψk ’(z,P)]=ψk ’(n), Z-1[Ψk ”(z,P)]=ψk ”(n))。Z[]はz変換を表わし、Z-1[]は逆z変換を表わす。
In FIG. 2, δ (n) is an input impulse (discrete time signal). n represents the index of the discrete time signal. Although not explicitly shown in FIG. 2, z transformation is performed on the input to the z region (impulse δ (n)) (Z [δ (n)] = 1), and the output from the z region ({Ψ k ' (z, P), Ψ k ″ (z, P)} k = 1 i ), an inverse z-transform is performed (Z −1 [Ψ k ′ (z, P)] = ψ k ′ ( n), Z −1 [ψ k ″ (z, P)] = ψ k ″ (n)). Z [] represents the z transformation, and Z −1 [] represents the inverse z transformation.
なお、インパルス応答h(n,P,θ)を式(8)で求めてもよい。
重み付けパラメータ{θk ’, θk ”}k=1 iは、例えば、最小二乗法によって、インパルス応答h(n,P,θ)と共鳴音との二乗誤差を最小にするときの値として求められる。具体例を挙げて説明すると、インパルス応答h(n,P,θ)と、ト音記号の第三間のド(国際式音階名C5)の共鳴音と、の二乗誤差を最小にするときの値として、C5の共鳴音に対応する重み付けパラメータ{θk ’, θk ”}k=1 iが求められる。real Kautzモデルによると、インパルス応答{ψk ’(n), ψk ”(n)}k=1 iは互いに正規直交することから、良好な計算効率で重み付けパラメータ{θk ’, θk ”}k=1 iを得られる。 The weighting parameter {θ k ′ , θ k ″ } k = 1 i is obtained as a value for minimizing the square error between the impulse response h (n, P, θ) and the resonance sound by, for example, the least square method. To explain with a specific example, the square error between the impulse response h (n, P, θ) and the resonance sound of the third symbol (international scale name C5) of the treble clef is minimized. As a value at this time, a weighting parameter {θ k ′ , θ k ″ } k = 1 i corresponding to the resonance sound of C5 is obtained. According to the real Kautz model, the impulse response {ψ k ′ (n), ψ k ″ (n)} k = 1 i is orthonormal to each other, so the weighting parameters {θ k ′ , θ k ″ with good computational efficiency } k = 1 i is obtained.
real Kautzモデルを決定するためには極Pを予め定める必要がある。本実施形態では、共鳴音を自己回帰全極モデルで近似した場合の極を用いる。
なお、自己回帰全極モデルでの近似によって得られた極Pの中には共鳴音(上記例に即すると、C5の共鳴音)を近似するには重要度の低い極が含まれている可能性がある。そこでMatching Pursuit法を用いて極を選び出す(Matching Pursuit法の詳細については上記参考文献1を参照のこと)。Matching Pursuit法は、目的信号を基底の線形結合で近似した時の残差を最小とする基底を一つずつ選び出す方法である。Matching Pursuit法は、必ずしも解の最適性は保証されないものの、多くの場合に優れた近似を与えるアルゴリズムであることが知られている。Matching Pursuit法によって選出された重要度の高い極のみを用いることで、より少ない計算量で近似能力の高いモデルが構築される。
In order to determine the real Kautz model, the pole P needs to be determined in advance. In this embodiment, the pole when the resonance is approximated by an autoregressive all-pole model is used.
Note that the pole P obtained by approximation with the autoregressive all-pole model may contain poles that are less important for approximating the resonance (the C5 resonance in the above example). There is sex. Therefore, the poles are selected using the Matching Pursuit method (refer to
以上の説明に基づき、本実施形態の共鳴信号生成装置100を説明する(図3,4,5参照)。
なお、本発明の共鳴信号生成装置は、それ単体で独立に存在するよりは、電子楽器を構成する構成要素として存在するのが実用的である。この場合、本発明の共鳴信号生成装置は、電子楽器とは容易に分離可能に電子楽器を構成する構成要素であってもよいし、電子楽器自体の或る機能に着眼して電子楽器を片面的に評価したものであってもよい。典型的な例として、外付け型エフェクタ或いは楽器内蔵型エフェクタを挙げることができる。本発明の「共鳴信号生成装置を含む電子楽器」に格別の限定は無く、その解釈に際してはこの説明も考慮されるべきである。電子楽器(シンセサイザー)として電子ピアノを例示できるが、この例に限定されない。
もちろん、本発明の共鳴信号生成装置が電子楽器から独立して存在することは妨げられない。
ここでは説明の便宜から、共鳴信号生成装置100が、例えば専用のハードウェアで構成された専用機やパーソナルコンピュータのような汎用機といったコンピュータで実現されるとする。
Based on the above description, the resonance signal generating apparatus 100 of the present embodiment will be described (see FIGS. 3, 4, and 5).
In addition, it is practical that the resonance signal generating apparatus of the present invention exists as a component constituting an electronic musical instrument, rather than being independently present alone. In this case, the resonance signal generation apparatus of the present invention may be a component that constitutes the electronic musical instrument so as to be easily separable from the electronic musical instrument, or one side of the electronic musical instrument focusing on a certain function of the electronic musical instrument itself. It may be evaluated. Typical examples include an external effector or a built-in instrument effector. There is no particular limitation on the “electronic musical instrument including the resonance signal generating device” of the present invention, and this explanation should be taken into consideration when interpreting the electronic musical instrument. Although an electronic piano can be illustrated as an electronic musical instrument (synthesizer), it is not limited to this example.
Of course, the existence of the resonance signal generating apparatus of the present invention independent of the electronic musical instrument is not prevented.
Here, for convenience of explanation, it is assumed that the resonance signal generating apparatus 100 is realized by a computer such as a dedicated machine configured with dedicated hardware or a general-purpose machine such as a personal computer.
共鳴信号生成装置100は、プロセッサ11、メモリ13、ハードウェアインターフェース15、バス17などの構成要素で構成された電子回路を含む。なお、これらの構成要素は、共鳴信号生成装置100が電子楽器の構成要素である場合、電子楽器のプロセッサ、メモリ、ハードウェアインターフェース、バスなどとそれぞれ一致してもよい。プロセッサ11が所定のプログラムに従い必要に応じてメモリ13等の記憶装置に記憶されているデータを用いて演算処理を実行することによって、プロセッサ11が後述する推定部50と共鳴信号生成部70の機能を実現する。メモリ13には、パラメータ推定に用いる共鳴音の波形データが記憶されている。
The resonance signal generation device 100 includes an electronic circuit including components such as a
共鳴信号生成装置100の推定部50は、メモリ13に記憶されている共鳴音の波形データを用いて、共鳴音の自己回帰全極モデルにおける極P={pk}k=1 Nを推定する(ステップS1)。
具体的には、まず、推定部50は、極半径の閾値(例えば0.9998のように1に近い1未満の値)を設定する(ステップS1-1)。
次に、推定部50は、共鳴音の自己回帰全極モデルを生成する(ステップS1-2)。メモリ13に記憶されている共鳴音の波形データの自己回帰分析によって、自己回帰全極モデルの次数と自己回帰係数が決定される。なお、コンピュータによる時系列データの自己回帰分析は周知であるから説明を省略する。
そして、推定部50は、ステップS1−2の処理で生成された自己回帰全極モデルの極の中から、極半径がステップS1-1の処理で設定された閾値と1との間の範囲内で、Matching Pursuit法を用いて極を選び出す(S1−3)。なお、極を選び出す際、伝達関数{Ψk ’(z,P),Ψk ”(z,P)}k=1 iで構成されるフィルタシステム(換言すると、重み付けパラメータが全て1である場合のreal Kautzモデル)にインパルスを入力したときのインパルス応答と共鳴音との二乗誤差が最小となる基底が選び出される。ここでは、選び出された極の個数をNとして、選び出された極をP={pk}k=1 Nと表記している。極P={pk}k=1 Nはメモリ13に記憶される。
The
Specifically, first, the
Next, the
Then, the
次に、推定部50は、最小二乗法を用いて、N個の極P={pk}k=1 Nと重み付けパラメータ{θk ’, θk ”}k=1 Nによって構造を決定されるreal Kautzモデルで表されるシステムのインパルス応答h(n,P,θ)(式(7)または式(8)を参照)と共鳴音の波形データとの二乗誤差が最小になるときの重み付けパラメータθ={θk ’, θk ”}k=1 Nの値を求める(ステップS2)。ステップS2の処理で得られた、共鳴音に対応する重み付けパラメータθ={θk ’, θk ”}k=1 Nはメモリ13に記憶される。
Next, the
次に、共鳴信号生成装置100の共鳴信号生成部70は、重み付けパラメータによるフィルタの線形結合で表されるフィルタシステムFS(つまり、メモリ13に記憶されている極P={pk}k=1 Nと重み付けパラメータθ={θk ’, θk ”}k=1 Nによって構造を決定されたreal Kautzモデルで表されるフィルタシステム)に対して音信号x(n)を入力して、共鳴信号r(n)を生成する(ステップS3)。
フィルタシステムFSは、重み付けパラメータθ={θk ’, θk ”}k=1 Nによるフィルタk−a,k−b(1≦k≦N)の線形結合で表される。フィルタk−a(1≦k≦N)は伝達関数Ψk ’(z,P)で表されるフィルタであり、フィルタk−a(1≦k≦N)のインパルス入力に対する出力はψk ’(n)である。また、フィルタk−a(1≦k≦N)の出力に対する重み付けパラメータはθk ’である。フィルタk−b(1≦k≦N)は伝達関数Ψk ”(z,P)で表されるフィルタであり、フィルタk−b(1≦k≦N)のインパルス入力に対する出力はψk ”(n)である。また、フィルタk−b(1≦k≦N)の出力に対する重み付けパラメータはθk ”である。したがって、フィルタシステムFSの入力x(n)に対する出力は、式(9)で与えられる。式(9)において、記号*は畳み込み演算を表わす。
フィルタシステムFSにおいて各フィルタk−a,k−b(1≦k≦N)は実係数伝達関数Ψk ’(z,P),Ψk ”(z,P)で表されるから、各フィルタk−a,k−b(1≦k≦N)を単一あるいは複数個の時間領域フィルタで構成できる。このため、時間領域フィルタで構成されたフィルタシステムFSによると音信号x(n)の入力に対してリアルタイムで共鳴信号r(n)を得ることができる。
The filter system FS is represented by a linear combination of filters ka and kb (1 ≦ k ≦ N) with weighting parameters θ = {θ k ′ , θ k ″ } k = 1 N. Filter ka (1 ≦ k ≦ N) is a filter represented by a transfer function ψ k ′ (z, P), and the output for the impulse input of the filter ka (1 ≦ k ≦ N) is ψ k ′ (n). The weighting parameter for the output of the filter ka (1 ≦ k ≦ N) is θ k ′ . The filter k−b (1 ≦ k ≦ N) is a transfer function Ψ k ″ (z, P). The output for the impulse input of the filter kb (1 ≦ k ≦ N) is ψ k ″ (n). Also, the weight for the output of the filter kb (1 ≦ k ≦ N) The parameter is θ k ″ . Therefore, the output for the input x (n) of the filter system FS is given by equation (9). In Equation (9), the symbol * represents a convolution operation.
In the filter system FS, the filters ka and kb (1 ≦ k ≦ N) are represented by real coefficient transfer functions Ψ k ′ (z, P) and Ψ k ″ (z, P). k−a and k−b (1 ≦ k ≦ N) can be configured by a single time domain filter or a plurality of time domain filters, and therefore, according to the filter system FS configured by the time domain filter, the sound signal x (n) The resonance signal r (n) can be obtained in real time with respect to the input.
ところで、フィルタ1−aはサブフィルタ1−1とサブフィルタ1−2の直列結合で構成でき、フィルタk−a(2≦k≦N)はサブフィルタk−0とサブフィルタk−1とサブフィルタk−2の直列結合で構成できる。同様に、フィルタ1−bはサブフィルタ1−1とサブフィルタ1−3の直列結合で構成でき、フィルタk−b(2≦k≦N)はサブフィルタk−0とサブフィルタk−1とサブフィルタk−3の直列結合で構成できる。このように、フィルタk−aとフィルタk−bは共通のサブフィルタを持つことができる。よって、フィルタk−aとフィルタk−bとで共通のサブフィルタを共用することによって、結局、フィルタシステムFSは、図6に示すように、図2に示すブロック線図と等価な構成を持つことができる。 By the way, the filter 1-a can be composed of a series combination of a subfilter 1-1 and a subfilter 1-2, and a filter ka (2 ≦ k ≦ N) is a subfilter k-0, a subfilter k-1, and a subfilter. It can be constituted by a series combination of filters k-2. Similarly, the filter 1-b can be composed of a series combination of a sub-filter 1-1 and a sub-filter 1-3, and the filter k-b (2 ≦ k ≦ N) is a sub-filter k-0, a sub-filter k-1, It can be configured by a serial combination of sub-filters k-3. Thus, the filter ka and the filter kb can have a common sub-filter. Therefore, by sharing a common sub-filter between the filter ka and the filter kb, the filter system FS eventually has a configuration equivalent to the block diagram shown in FIG. 2, as shown in FIG. be able to.
なお、ステップS3の処理を、図2のブロック線図(ただし、インパルスδ(n)を音信号x(n)に変更する)に基づくz変換を経由する演算、あるいは、インパルス応答h(n,P,θ)と音信号x(n)との畳み込み演算として実行してもよい。しかし、z変換を経由する演算も畳み込み演算も多くの演算コストを必要とするので、電子楽器の用途においては、フィルタシステムFSを時間領域フィルタで構成することが好ましい。 It should be noted that the processing of step S3 is performed by a calculation via z conversion based on the block diagram of FIG. 2 (where impulse δ (n) is changed to sound signal x (n)), or impulse response h (n, P, θ) and sound signal x (n) may be executed as a convolution operation. However, since both computation via z-transform and convolution computation require a large computation cost, it is preferable to configure the filter system FS with a time-domain filter in the use of an electronic musical instrument.
なお、既述のとおり、共鳴信号生成装置が電子楽器の構成要素である場合(共鳴信号生成装置が電子楽器とは容易に分離可能に電子楽器を構成する構成要素である第1の場合、あるいは、共鳴信号生成装置が電子楽器自体の或る機能に着眼して電子楽器を片面的に評価したものである第2の場合)、この共鳴信号生成装置は上述のステップS3の処理だけを行う。つまり、ステップS1とS2の処理を一度だけ実行することによって、特定の共鳴音を擬似するために必要な情報(フィルタk−a,k−b(1≦k≦N)を構成するために必要な情報Iと、重み付けパラメータθ)が得られるのであり、これらの情報がひとたび得られたならば、いつでも共鳴信号生成部はこれらの情報を使用して共鳴信号r(n)を生成できる。したがって、第1の場合あるいは第2の場合における共鳴信号生成装置(電子楽器と言ってもよい)は、音信号とフィルタk−a,k−b(1≦k≦N)を構成するために必要な情報Iと重み付けパラメータθを記憶するメモリと共鳴信号生成部を含むものの、推定部を含む必要は無い。もちろん、メモリに共鳴音の波形データを記憶しておく必要も無い。 As described above, when the resonance signal generation device is a component of the electronic musical instrument (in the first case where the resonance signal generation device is a component constituting the electronic musical instrument so as to be easily separable from the electronic musical instrument, or In the second case where the resonance signal generation apparatus is a one-sided evaluation of the electronic musical instrument focusing on a certain function of the electronic musical instrument itself), the resonance signal generation apparatus performs only the process of step S3 described above. In other words, by executing the processing of steps S1 and S2 only once, it is necessary to construct information (filters ka, kb (1≤k≤N) necessary to simulate a specific resonance sound. The information I and the weighting parameter θ) are obtained, and once these pieces of information are obtained, the resonance signal generator can generate the resonance signal r (n) using these pieces of information at any time. Therefore, the resonance signal generation device (which may be referred to as an electronic musical instrument) in the first case or the second case is configured to configure the sound signal and the filters ka and kb (1 ≦ k ≦ N). Although it includes a memory for storing necessary information I and weighting parameter θ and a resonance signal generator, it does not need to include an estimator. Of course, it is not necessary to store the waveform data of the resonance sound in the memory.
電子ピアノの例であれば、電子ピアノは通常、88個の鍵を持つ。この場合、各鍵に対応して、フィルタを構成するために必要な情報Iと重み付けパラメータθの組がメモリに記憶される。或る鍵が押下されている状態で1オクターブ離れた別の鍵が押下されたとき、例えば、ト音記号の第三間のド(MIDI(Musical Instrument Digital Interface)におけるノートナンバー72)の鍵が押下されている状態で1オクターブ低いト音記号の上加線第二線のドの鍵(ノートナンバー60)が押下されたとき、電子回路によってメモリに記憶されているノートナンバー60の波形信号が再生されると同時に、共鳴信号生成部がノートナンバー72に対応するフィルタを構成するために必要な情報Iと重み付けパラメータとの組と、ノートナンバー60の波形信号と、に基づいてノートナンバー60が弾かれた時のノートナンバー72の共鳴信号を生成する。言うまでもないが、スピーカーがノートナンバー60の波形信号とノートナンバー72の共鳴信号を音に変換する。このように、本実施形態によると、電子ピアノの鍵盤において、ト音記号の第三間のド(国際式音階名C5)の鍵が押下されている状態でト音記号の下加線第一線のド(国際式音階名C4)の鍵を押下するとC5の共鳴信号が生成されるが、このC5の共鳴信号の再生音は、アコースティックピアノでC4を弾いた時のC5の共鳴音に相当する。倍音の例に限らず、例えば、電子ピアノの鍵盤において、ト音記号の第三間のド(国際式音階名C5)の鍵が押下されている状態でヘ音記号の第四間のソ(国際式音階名G3)の鍵を押下するとC5の共鳴信号が生成されるが、このC5の共鳴信号の再生音は、アコースティックピアノでG3を弾いた時のC5の共鳴音に相当する。このように本発明によると、音信号に応じて共鳴信号が得られるから演奏内容に応じて豊かな音楽表現を実現し得る。 In the case of an electronic piano, an electronic piano usually has 88 keys. In this case, a set of information I and weighting parameter θ necessary for configuring the filter is stored in the memory corresponding to each key. When another key that is one octave apart is pressed while a certain key is pressed, for example, the key between the third clef symbols (note number 72 in MIDI (Musical Instrument Digital Interface)) When the key (note number 60) of the upper second line of the treble clef one octave lower is pressed in the pressed state, the waveform signal of the note number 60 stored in the memory by the electronic circuit is obtained. Simultaneously with the reproduction, the note number 60 is determined based on the combination of the information I and the weighting parameter necessary for the resonance signal generator to configure the filter corresponding to the note number 72 and the waveform signal of the note number 60. A resonance signal of note number 72 when it is played is generated. Needless to say, the speaker converts the waveform signal of note number 60 and the resonance signal of note number 72 into sound. As described above, according to the present embodiment, in the keyboard of the electronic piano, the first additional bottom line of the treble clef in a state where the key of the third internation of the treble clef (international scale name C5) is pressed. When you press the key on the line (international scale name C4), a resonance signal of C5 is generated. The reproduced sound of the resonance signal of C5 is equivalent to the resonance sound of C5 when you play C4 with an acoustic piano. To do. For example, in the case of an electronic piano keyboard, the key between the third treble clef key (international scale name C5) is pressed and the fourth sound of the fourth clef When the key of the international style name G3) is pressed, a resonance signal of C5 is generated, and the reproduced sound of the resonance signal of C5 corresponds to the resonance sound of C5 when G3 is played with an acoustic piano. As described above, according to the present invention, a resonance signal is obtained according to the sound signal, so that rich music expression can be realized according to the performance content.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更と変形が許される。選択され且つ説明された実施形態は、本発明の原理およびその実際的応用を解説するためのものである。本発明は様々な変更あるいは変形を伴って様々な実施形態として使用され、様々な変更あるいは変形は期待される用途に応じて決定される。そのような変更および変形のすべては、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲に含まれることが意図されており、公平、適法および公正に与えられる広さに従って解釈される場合、同じ保護が与えられることが意図されている。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment. Various changes and modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. The selected and described embodiments are intended to illustrate the principles of the invention and its practical application. The present invention is used as various embodiments with various changes or modifications, and various changes or modifications are determined according to the expected application. All such modifications and variations are intended to be included within the scope of the present invention as defined by the appended claims, and should be construed in accordance with the breadth that is impartial, legal and impartial. It is intended to give the same protection.
Claims (7)
重み付けパラメータによるフィルタの線形結合で表されるフィルタシステムに対して音信号を入力して、上記共鳴信号を生成する共鳴信号生成部
を含み、
上記フィルタシステムは、上記共鳴音の自己回帰モデルにおける極を持つ正規直交基底関数モデルで表される
ことを特徴とする共鳴信号生成装置。 A resonance signal generation device that generates a waveform signal (hereinafter referred to as a resonance signal) simulating the resonance sound of an acoustic instrument using an electronic circuit,
A resonance signal generation unit configured to input a sound signal to a filter system represented by a linear combination of filters based on weighting parameters and generate the resonance signal;
The resonance signal generating apparatus, wherein the filter system is represented by an orthonormal basis function model having a pole in the autoregressive model of the resonance sound.
上記モデルは、real Kautzモデルである
ことを特徴とする共鳴信号生成装置。 The resonance signal generation device according to claim 1,
The above model is a real Kautz model.
更に、上記極を推定する推定部を含む
ことを特徴とする共鳴信号生成装置。 The resonance signal generation device according to claim 1 or 2,
Furthermore, the resonance signal generation apparatus characterized by including the estimation part which estimates the said pole.
上記推定部は、Matching Pursuit法によって上記極を推定する
ことを特徴とする共鳴信号生成装置。 The resonance signal generation device according to claim 3,
The said estimation part estimates the said pole by Matching Pursuit method, The resonance signal generator characterized by the above-mentioned.
上記重み付けパラメータは、上記フィルタシステムのインパルス応答と上記共鳴音との二乗誤差を最小にするときの値として定められたものである
ことを特徴とする共鳴信号生成装置。 The resonance signal generation device according to any one of claims 1 to 4,
The resonance signal generation device, wherein the weighting parameter is determined as a value for minimizing a square error between the impulse response of the filter system and the resonance sound.
上記電子回路が、重み付けパラメータによるフィルタの線形結合で表されるフィルタシステムに対して音信号を入力して、上記共鳴信号を生成する共鳴信号生成ステップ
を有し、
上記フィルタシステムは、上記共鳴音の自己回帰モデルにおける極を持つ正規直交基底関数モデルで表される
ことを特徴とする共鳴信号生成方法。 A resonance signal generation method for generating a waveform signal (hereinafter referred to as a resonance signal) simulating a resonance sound of an acoustic instrument using an electronic circuit,
The electronic circuit has a resonance signal generation step of generating a resonance signal by inputting a sound signal to a filter system represented by a linear combination of filters by weighting parameters,
The resonance signal generation method, wherein the filter system is represented by an orthonormal basis function model having poles in the autoregressive model of the resonance sound.
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